[发明专利]一种嗜热芽孢杆菌及其在发酵产氢中的应用

说明书

技术领域

本发明属于发酵产氢技术领域，具体涉及一种嗜热芽孢杆菌及其在发酵产氢中的应用，即将嗜热芽孢杆菌应用于污泥/或有机废弃物的水解预处理，再利用水解后的污泥/或有机废弃物发酵产氢；同时还包括一种筛选出的嗜热芽孢杆菌A11菌株。

背景技术

由于煤，石油等不可再生资源的大量使用，人类不仅面临着资源的枯竭，而且还会对环境造成污染，产生温室效应。而氢能由于其清洁无污染、高热值、高热效率、适用范围广、可再生等诸多优点，已成为二十一世纪最有吸引力的替代能源。目前氢气的产生可以通过两种途径：物理化学方法和生物方法。物理化学方法包括电解水法和水煤气法，但上述两种方法都是以消耗电能或不可再生能源为代价获得氢气。而生物方法是利用产氢的微生物来分解有机物质来产氢，是一种节能环保的技术。

在生物产氢法中，增加产氢微生物的数量及其产氢活性，选育高效的产氢菌群，是提高发酵制氢系统产氢效能的重要途径。与利用单一菌株产氢相比，利用混合菌系进行厌氧生物制氢具有明显的优势，这是由于菌种间的协同作用，导致纯菌的产氢能力不如混合菌种，高的产氢微生物多样性有利于增加产氢系统的产氢能力，其中污泥具有最大的产氢能力。因此，为了提高氢气产生的稳定性和产氢效率，优化污泥中的产氢微生物群落结构是一项重要的工作。同时，淘汰接种污泥中存在的诸如产甲烷菌群、同型产乙酸菌群和硫酸盐还原菌群等耗氢菌群，加快反应系统的污泥驯化过程，提高产氢效能，以不同预处理方法来处理好氧活性污泥和厌氧活性污泥，并启动发酵制氢系统的研究就非常重要。近年来，主要使用物化法筛选污泥中的产氢菌群，同时水解污泥或有机废弃物来发酵产氢，如热处理(加热或灭菌)，化学处理(碱处理，酸处理，添加甲烷抑制剂等)，机械破解(超声波，微波，冻融等)等方法。

目前已经有一些利用污水处理厂的剩余污泥来产氢的技术报道，专利号为ZL200310116142.6的专利公开了“一种利用污水厂剩余污泥厌氧发酵制氢的方法与装置”，它是应用碱预处理污泥产氢，将pH调到12～13，并抑制甲烷菌。但强碱性环境对污泥的后续生物处理十分不利，剩余污泥的填埋对土壤的损害比原污泥更大，而且外加碱，增加生产运行成本。申请号为200510066428.7的专利申请公开了一种“用污水处理厂剩余污泥制氢的热处理-发酵产氢方法”，它使用热处理污泥产氢，在121℃，压力1.5个标准大气压，处理0.5小时。但这种方法延迟时间长(从开始发酵到产氢的这段时间)，氢气纯度低，而且用电量大，对设备的制造要求高，增加生产成本。而且超声波、臭氧氧化、氯氧化、热水解、酸或碱处理等物理化学方法存在产生三氯甲烷副产物、梅拉德反应抑制厌氧消化、基建和运行费用大、能耗高、安全隐患等问题。因此，就需要建立一种有效的生物法预处理技术，对污泥/或有机废弃物进行水解并利用其发酵产氢的方法。同时，筛选出生物法预处理所需的高效微生物菌株也成为污泥/或有机废弃物水解和发酵产氢领域的研究热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种嗜热芽孢杆菌及其在发酵产氢中的应用，即利用嗜热芽孢杆菌来预处理污泥/或有机废弃物，水解污泥/或有机废弃物的大分子结构，富集产氢菌，提高后续产氢的效率，以弥补现有技术的不足。

本发明涉及嗜热芽孢杆菌在污泥发酵产氢中的应用，包括污泥预处理和发酵制氢步骤，其特征在于上述的预处理步骤是在污泥中接种嗜热芽孢杆菌菌液，在50～70℃下预处理污泥2～24h，获得嗜热芽孢杆菌预处理水解污泥，再转入发酵制氢步骤。

上述的发酵制氢步骤是将嗜热芽孢杆菌预处理水解污泥置于密封的发酵制氢反应器中，向污泥中吹氮气2～15min，再密封发酵产氢，发酵温度为25～45℃。

本发明的另一个方面涉及嗜热芽孢杆菌预处理水解污泥，是将嗜热芽孢杆菌预处理水解污泥作为产氢菌群接种体接种于有机废弃物中进行发酵产氢。

上述的有机废弃物也可以先用嗜热芽孢杆菌进行预处理。

上述污泥或有机废弃物和嗜热芽孢杆菌菌液的体积比为100∶3～15。

上述的污泥可以是污水处理厂的剩余污泥、河/海底泥或养殖池塘污泥。

其中嗜热芽孢杆菌为筛选的嗜热芽孢杆菌Bacillus thermophilic A11菌株。

嗜热芽孢杆菌A11(Bacillus thermophilic)，保藏编号为：CGMCC No.5309，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，邮编100101，保藏日期为2011年9月29号。